Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer mehrphasigen elektrischen Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In einem Leiteraufbau für eine mehrphasige Vollpolmaschine überschneiden sich die Phasen¬ stränge in den Wickelköpfen, wodurch die Herstellung gegenüber einphasigen oder konzen¬ trierten Wicklungen wesentlich komplizierter wird. Zur Erhöhung der Leistungsdichte und des Wirkungsgrades elektrischer Maschinen sind ein hoher Füllfaktor in den Nuten und kurze Verbindungswege in den Wickelköpfen wesentliche Voraussetzungen.

In der DE-OS 2 223 906 werden die sich überlappenden Leiterstränge auf die zunächst von einer Vorrichtung in ihrer endgültigen Position fixierten Zähne gewickelt, wobei das Einlegen der Leiter beim Innenläufer aufgrund des erst nachträglich aufgepreßten Rückschlußes durch eine vergrößerte Öffnung am Nutboden möglich ist.

Aus der DE-OS 2 033 235 ist ein Verfahren bekannt in dem weichmagnetische Segmente radial in eine mehrphasige Zweischichtwicklung eingesetzt werden, wobei die flexiblen Draht¬ spulen bei der Montage verformbar sein müssen und die Stabilität des Aufbaus durch nach¬ trägliches Vergießen mit einem Isolierharz gewährleistet wird. Kurze Weglängen für den elek¬ trischen und magnetischen Fluß sind in diesem Verfahren nicht erreichbar. Weiterhin erfordert das Einsetzen der Segmente ein hohes Maß an Geschicklichkeit und ist daher nur aufwendig zu automatisieren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer mehr¬ phasigen elektrischen Maschine, deren Leiterstränge sich in den Wickelköpfen überlappen, derart weiter zu bilden, daß in wenigen gut automatisierbaren Arbeitsschritten in den Nuten und Wickelköpfen ein hoher Füllfaktor und kurze Leiterlängen, sowie eine gute Material¬ ausnutzung und einfache Wiederverwertung der eingesetzten Rohstoffe erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Wicklungen aus Rund- oder Profildrähten, Formspulen oder Vierkantstäben werden erfindungsgemäß vor dem Einsetzen der weichmagnetischen Segmente selbsttragend vorge¬ fertigt, wobei die Leiter innerhalb einer Vorrichtung vor dem Aushärten eines Bindemittels von der Mittelachse der Zähne ausgehend in axialer - bei Drahtwicklungen auch in tangentialer und/oder radialer - Richtung komprimiert werden. Im Verfahren wird somit die entfallende Einschränkung durch den weichmagnetischen Körper dazu genutzt, um besonders kompakte Wicklungen selbsttragend vorzufertigen. Durch die verbesserte Raumausnutzung bauen die Maschinen bei gleichen Leistungs- und Wirkungsgradvorgaben kleiner und leichter.

Wenn die Zähne innerhalb des Jochs angeordnet sind und die Zahnbreite zum Luftspalt hin konstant bleibt, reicht eine T-förmige Segmentbauform aus. Bei außerhalb des Jochs angeord¬ neten Zähnen sind zwei T-förmige Segmentbauformen notwendig.

Soll die Zahnbreite dagegen zum Luftspalt hin zunehmen, sind jeweils eine Zahn- und eine Jochsegmentbauform notwendig, wobei die Zahnsegmente durch ihre sich trapezförmig ver¬ breiternden Enden auf der Jochseite entweder durch die Jochsegmente selbst oder durch einen am Joch anliegenden Trägerring mit entsprechenden Nuten radial fixiert werden.

Die in den Leiteraufbau eingeschobenen Segmente sind jederzeit wieder demontierbar, ohne die Wicklung zu zerstören. Hierdurch ergeben sich neuartige Reparaturmöglichkeiten und die Trennung von Kupfer und Eisen kann durch eine Demontage vollautomatisch, ohne Rückstände oder aufwendige Schneide- und Schmelzprozesse erfolgen.

In der Beschreibung wird von einer bürstenlosen Radialluftspaltmaschine ausgegangen, deren mehrphasige Wicklung im Stator angeordnet ist. Das Herstellungsverfahren gilt natürlich ebenfalls für mechanisch kommutierte Maschinen, bei denen die Wicklung rotiert, oder für Maschinen mit ebenem Luftspalt oder mit einem Kurzschlußläufer.

Die Zeichnungen stellen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung dar.

Figur 1 zeigt die vier Einheitenschichten einer vierphasigen, zwölfpoligen Stabwicklung beim axialen Ineinanderschieben;

Figur 2 zeigt das Anfügen der Verbindungsleiterschichten an die Einheiten aus Fig. 1;

Figur 3 zeigt die axial zusammengeschobene, selbsttragend vorgefertigte Stabwicklung;

Figur 4 zeigt eine Vorrichtung zur Herstellung einer selbsttragenden Drahtwicklung;

Figur 5 zeigt eine Variante zu Fig. 4;

Figur 6 zeigt vier T-förmige Zahnsegmente beim Einsetzen in eine selbsttragend vor¬ gefertigte Stab wicklung;

Figur 7 zeigt Zahnsegmente und Jochsegmente beim Einsetzen in eine selbsttragend vorgefertigte Drahtwicklung;

Figur 8 zeigt schematisch das Herstellungsverfahren für einen weichmagnetischen Körper;

In den Figuren 1 bis 3 werden drei Arbeitsschritte bei der Herstellung einer selbsttragenden Stabwicklung für eine zwölfpolige, vierphasige Radialluftspaltmaschine dargestellt. Figur 1 zeigt wie zuvor zu Schichten zusammengefügte Einheiten 1, 2 axial ineinander gescho¬ ben werden. Die zwei Einheitenbauformen 1, 2 werden vorgefertigt, indem jeweils zwei Kunststäbe 3 an Verbindungsleiter 4 angeschweißt werden. Die vier Einheitenstegschichten 5 bis 8 bestehen jeweils aus baugleichen Leiterform teilen, die wiederum zu einem Leiterstrang bzw. zu einer Phase gehören.

In Figur 2 werden nun die äußeren Verbindungsleiter 9, die ebenfalls zuvor tangential zu Schichten zusammengeklebt wurden, auf die Einheitenenden axial aufgepreßt. Die Verbin¬ dungsleiterschichten 10 bis 13 bestehen bis auf die nicht dargestellten Anschlußleiter aus baugleichen Leiterform teilen 9. Die beiden äußeren Verbindungsleiterschichten 12, 13 werden axial erst aufgepreßt, wenn alle Verbindungsstellen der beiden inneren Verbindungsleiter¬ schichten 10, 11 verschweißt oder verlötet sind und ein ausreichend kleiner Innenwiderstand der beiden Leiterstränge nachgewiesen wurde. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Isolierbe- schichtung der Einheitenenden und der äußeren Verbindungsleiter 9 erst nach dem Zusammen¬ fügen der Leiterteile im axial auseinandergeschobenen Zustand aufzubringen, indem der Leiteraufbau z.B. in einen Isolierlack getaucht wird.

Figur 3 zeigt die funktionsbereite, selbsttragend vorgefertigte Stabwicklung 14 nach dem axialen Zusammenschieben der vier Leiterstränge. Über die vollständige Raumausnutzung in den kompakten Wickelköpfen sind neben kurzen Leiterlängen auch große Leiterquerschnitte realisierbar, wodurch die Leistungsdichte und/oder der Wirkungsgrad erheblich gesteigert wird.

In den Figuren 4 und 5 werden Arbeitsschritte und Vorrichtungselemente zur selbsttragenden Vorfertigung einer kompakten Drahtwicklung dargestellt.

Die in Figur 4 dargestellte Vorrichtung 15 dient zur Herstellung einer selbsttragenden Drahtwicklung für eine dreiphasige, vierpolige Radialluftspaltmaschine. Nachdem Drahtspulen (nicht dargestellt) in die zwölf baugleichen Zahnteile 16 locker eingelegt und mit einem Bindemittel, z.B. einem Gießharz, getränkt wurden, werden die Zahnteile durch das radiale Einpreßen von Längskeilen 17 axial verlängert und durch Querkeile 18 verbreitert. Die Draht¬ spulen werden hierdurch vor dem Aushärten des Bindemittels in den Nuten zusammengepreßt und in Längsrichtung gespannt, wodurch die Drähte auch in den Wickelköpfen gestrafft und verdichtet und werden. Der für den magnetischen Fluß relevante Zahnquerschnitt wird soweit vergrößert, wie es die Elastizität der Drahtisolierung zuläßt. In Fig. 4a sind die Zahnteile 16 sowohl in ihrer Anfangs als auch in ihrer Endstellung dargestellt, wobei in dieser prinzipiellen Funktionsdarstellung von der Vorrichtung nur noch der Innenring 19 abgebildet ist, der aus zwei Sektorbauformen 20, 21 besteht, die von einer elektrischen oder hydraulisch Stelleinrich¬ tung radial und axial bewegbar sind.

In Figur 5 wird eine Drahtwicklung 22 vor dem Aushärten des Bindemittels in einer anderen Vorrichtungsvariante zusätzlich radial verpreßt, indem zunächst ein klauenartig ausgestalteter Hüllkörper 23 axial aufgepreßt wird, der die Drähte radial nach innen drückt. Anschließend werden beim radialen Nachaußenziehen der Zahnteile 16 flexible Nutbodenbleche 24 hydrau-

lisch nach außen gedrückt, wodurch auch eine Verdichtung der Drähte am Nutboden stattfindet. Alle Vorrichtungsteile 16 bis 24 verharren nun in der Endposition, bis das Bindemittel ausge¬ härtet ist. Das ausgehärtete Bindemittel nimmt die Verspannung der Drahtwicklung auf und gewährleistet einen selbsttragenden Leiteraufbau, nachdem die mit einer nichthaftenden Be¬ schichtung versehenen Zahnteile 16 radial nach außen und die Segmente des Innenrings 19 axial aus der Drahtwicklung gezogen wurden. Die Drahtwicklung 22 wird nun aus der Vor¬ richtung genommen und die Vorrichtungsteile nehmen anschleißend - ggf. automatisch gesäu¬ bert - wieder ihre Anfangsposition ein, um die nächste Wicklung zu komprimieren.

Figur 6 zeigt einen fünf Nutteilungen umfassenden Umfangsausschnitt einer, zum Zweck der Anschaulichkeit, axial halbierten selbsttragenden Stabwicklung 25 für einen weichmagnetischen Körper 26, dessen Joch 27 radial außerhalb der Zähne 28 angeordnet ist. Durch eine gekreuzte Schraffur ist unten ein Wickelkopf 29 schematisch dargestellt und jeweils fünf radial überein- anderliegende Nutstäbe 30 füllen einen Nutraum aus. Der weichmagnetische Körper 26 wird erst nachträglich durch das radiale Einschieben T-förmiger weichmagnetischer Segmente 31a,b zusammengesetzt. Während die beiden rechts angeordneten T-förmigen Segmente 31a sich bereits in ihre endgültigen Position befinden und somit im Jochbereich 27 flächig aneinanderlie- gen sind die links folgenden beiden Segmente 31b beim Einschiebevorgang dargestellt. Alle den weichmagnetischen Körper bildenden Segmente 31a,b sind baugleich.

Figur 7 zeigt in einer ähnlich zu Fig. 6 aufgebauten Darstellung Jochsegmente 32a, b und Zahnsegmente 33a, b beim Einsetzen in eine selbsttragend vorgefertigte Drahtwicklung 34, mit innerhalb der Zähne angeordnetem Joch. Die Drahtwicklung 34 füllt den Nutraum mit hohem Füllfaktor aus und der Wickelkopf 35 ragt radial in den dem Joch axial vorgelagerten Raum. Nur die beiden rechts dargestellten Jochsegment 32a sind bereits endgültig positioniert, während die beiden links folgenden Jochsegment 32b radial von innen nach außen eingesetzt werden. Die beiden links dargestellten Zahnsegmente 33a sind radial ebenfalls schon voll¬ ständig eingeschoben, wogegen die beiden rechts dargestellten Zahnsegmente 33b sich noch teilweise außerhalb des Leiteraufbaus befinden. Zur Vergrößerung der Kontaktflächen zu den Jochsegmenten 32a, b endet die Zahnsegmente 33a,b nicht auf Höhe des Nutbodens. Indem die zunächst abnehmende Breite der Zahnsegmentenden 36 gegen Ende wieder zunimmt wird der gesamte Aufbau durch einen abschließend axial aufgepreßten Trägerring radial zusammen¬ gehalten.

In Figur 8 wird das Herstellungsverfahren für den weichmagnetischen Körper schematisch dargestellt. Ausgangsprodukt sind dünne Bänder aus weichmagnetischem Material, die in einem automatisierten Fertigungsband von mehreren Trommeln 37 abgerollt und von Beschichtungs- anlagen 38 flächig mit Isolier- und Klebematerial versehen sowie von Walzen 39 zu einem stabilen Vielschichtband 40 zusammengepreßt werden. Das Vielschichtband läuft direkt in eine Laserschneid- oder Stanzmaschine 41, in der Reihe um Reihe die weichmagnetischen Segmente herausgearbeitet werden. Die Dicke des Vielschichtbandes 40, bzw. die Anzahl der zusammen¬ gefügten Schichten kann je nach der Größe der Segmente variabel eingestellt werden. Von Transportbändern 42 werden die Bauteile auf Maschinen 43 verteilt, in denen zuerst die fehler¬ haften Teile aussortiert sowie die fehlerfreien Segmente abgezählt und in einer Vorrichtung 44 ausgereichtet zu Segmentpaketen 45 mit der gewünschten Länge zusammengefügt werden. Die Oberflächenrauheit, die durch Fertigungstoleranzen beim Zusammenfügen der Stanzteile zu Segmentpaketen 45 entstehen, wird in Nachbearbeitungsstufen 46 abgetragen. Mit den viel¬ schichtigen Segmentpaketen 45 wird abschließend ein selbsttragend vorgefertigter Leiteraufbau 47 von einem Montageroboter 48 bestückt.